青藏高原西部阿汝冰芯記錄的近100 a氣溫變化研究

楊丹丹，姚檀棟，鄔光劍，朱美林，德 吉

（1.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所青藏高原環(huán)境變化與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3.中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京100101；4.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730000）

0 引言

青藏高原作為全球中低緯地區(qū)最大的冰川分布區(qū)，被譽(yù)為“地球第三極”［1］。以青藏高原為核心的第三極地區(qū)作為氣候變化的敏感區(qū)、啟動(dòng)區(qū)［2］，在全球變暖氣候條件影響下，以冰崩為代表的冰川災(zāi)害活動(dòng)在該地區(qū)顯著增加［3］，為有效防范該地區(qū)冰川災(zāi)害活動(dòng)的發(fā)生，探索冰崩區(qū)以及青藏高原地區(qū)過(guò)去氣候環(huán)境信息顯得尤為重要。冰芯可以記錄近100 a高分辨率氣候變化特征，相關(guān)內(nèi)容不僅對(duì)于研究青藏高原局地區(qū)域氣候變化規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于完善第三極地區(qū)高分辨率冰芯氣候環(huán)境記錄也具有重要的科學(xué)意義。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家在青藏高原冰川上開(kāi)展了廣泛的研究。1987年鉆取的敦德冰芯恢復(fù)了末次冰期以來(lái)的氣候環(huán)境變化信息，隨后鉆取了除南北極之外年代序列最長(zhǎng)（＞760 ka）的古里雅冰芯［4-5］，以及海拔最高（7 010 m）的達(dá)索普冰芯［6］等多支冰芯用于氣候變化研究，該地區(qū)已成為以冰芯為單一指標(biāo)進(jìn)行大范圍氣候變化研究的理想地區(qū)［7］。但根據(jù)前人在青藏高原地區(qū)的冰芯研究發(fā)現(xiàn)，高原氣象站記錄作為冰芯記錄分析的重要參考［8-9］，無(wú)論是在時(shí)間還是空間上對(duì)于溫度變化研究都存在很大的不足。青藏高原地區(qū)氣象站大多建立于20世紀(jì)中葉之后，氣象站記錄開(kāi)始時(shí)間晚，且在高原分布稀疏不均，尤其是高原西部地區(qū)分布甚少［10］。這對(duì)恢復(fù)青藏高原西北部地區(qū)氣候變化記錄造成了局限性。因此，高分辨率的冰芯記錄研究對(duì)于此局限性具有一定的補(bǔ)充。王寧練等［12］根據(jù)馬蘭冰芯δ18O記錄恢復(fù)了青藏高原近百年［11］以及千年的氣候環(huán)境變化，張擁軍等［13］利用各拉丹東冰芯δ18O記錄恢復(fù)了長(zhǎng)江源區(qū)過(guò)去70 a間氣候變化，姚檀棟等［14］利用達(dá)索普等4根冰芯δ18O記錄研究了青藏高原近100 a的溫度變化，這些研究都表明青藏高原氣候在近100 a呈變暖趨勢(shì)。但青藏高原西部地區(qū)近100 a氣溫變化趨勢(shì)研究缺乏綜合對(duì)比，在研究西北部局地區(qū)域氣溫變化趨勢(shì)方面存在不足之處。因此，結(jié)合阿汝冰芯與氣象站以及古里雅冰芯記錄，綜合分析青藏高原西部近100 a氣溫變化趨勢(shì)，不僅能夠彌補(bǔ)研究的不足之處，還能為阿汝冰崩的發(fā)生提供可靠的氣候背景信息。

本文以青藏高原西部阿汝冰崩區(qū)鉆取的阿汝冰芯為研究對(duì)象，通過(guò)冰芯δ18O記錄重建了近100 a的時(shí)間序列，并利用Nye模型驗(yàn)證定年的準(zhǔn)確性。結(jié)合阿汝冰芯記錄與氣象站以及古里雅冰芯進(jìn)行對(duì)比研究，探討青藏高原西部地區(qū)近100 a氣溫變化趨勢(shì)，進(jìn)一步補(bǔ)充完善了青藏高原西部地區(qū)近百年高分辨率氣候環(huán)境變化記錄。

1 研究區(qū)概況

阿里地區(qū)位于西藏自治區(qū)西北部，是喜馬拉雅山、岡底斯山、喀喇昆侖山等眾多大型山脈的交匯處，以高原寬谷地貌為主。屬于高原干旱氣候區(qū)，大部分地區(qū)氣溫低、降水稀少，季節(jié)性強(qiáng)。2016年7月和9月，西藏阿里地區(qū)阿汝錯(cuò)冰川群53號(hào)冰川和50號(hào)冰川在短時(shí)間內(nèi)先后爆發(fā)了兩次大型冰崩災(zāi)害。阿汝錯(cuò)冰川群從冰川水熱發(fā)育條件及冰川物理性質(zhì)方面劃分，可以歸為極大陸性冰川［15-16］。極大陸性冰川對(duì)氣候變暖的敏感性較低。在全球變暖的大背景下，青藏高原冰川整體處于退縮狀態(tài)，但是在青藏高原西部以及喀喇昆侖、昆侖山和東帕米爾一帶，冰川消融微弱，部分冰川甚至出現(xiàn)前進(jìn)或厚度增加的現(xiàn)象［17-18］。

本文研究的阿汝冰芯鉆取自阿汝冰川（冰川編目 編 號(hào)：5Z412B0013）［16］海 拔6 150 m的 積 累 區(qū)（33°59′N，82°15′E），長(zhǎng)度為55.29 m。第一次冰崩發(fā)生在阿汝錯(cuò)西側(cè)山脈的北冰川（53號(hào)冰川群），第二次冰崩發(fā)生在南冰川（50號(hào)冰川群）。圖1為阿汝冰芯鉆取位置，鄰近的改則氣象站（32°9′N，84°25′E），海拔4 416 m，年均氣溫0.4℃，年均降水量179 mm；獅泉河氣象站（32°3′N，80°5′E），海拔4 279 m，年均氣溫0.7℃，年均降水量?jī)H65 mm。當(dāng)?shù)氐闹脖灰愿吆莸闉橹?，草叢低矮耐旱，土壤類型主要為耕作亞高山草原土?9-20］。本文用于對(duì)比研究的古里雅冰芯（35°23′N，81°47′E），是科研人員于1992年在距阿汝冰芯約145 km的西北部海拔6 200 m冰帽上鉆取的長(zhǎng)度308.6 m的冰芯。

2 樣品采集與測(cè)定

2017年9月，科研人員在阿汝錯(cuò)西側(cè)第二次發(fā)生冰崩的南冰川海拔6 150 m積累區(qū)鉆取一支長(zhǎng)達(dá)55.29 m的透底冰芯，用潔凈的聚乙烯袋封裝并儲(chǔ)存在保溫箱中，以冷凍狀態(tài)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，并在冰雪樣品超凈室（-20℃冷庫(kù)）內(nèi)對(duì)冰川冰的屬性、污化層特征等物理特征進(jìn)行描述記錄，并拍照留存［21］。為保證描述工作的可靠性，對(duì)其重復(fù)描述校正一次。冰芯描述記錄將作為冰芯定年、積累量恢復(fù)等后續(xù)工作的重要參考資料。

為獲取穩(wěn)定氧同位素、粉塵、離子等多種指標(biāo)測(cè)試需要的樣品，對(duì)冰芯樣品進(jìn)行了切割分樣。先將冰芯按2 cm間隔分樣，共得到2 663個(gè)樣品。將每2 cm樣品外圍約0.5 cm厚度用超凈手術(shù)刀刮去表層，然后沿深度方向刮下分為3份，將穩(wěn)定氧同位素樣品裝入15 mL聚丙烯（PP）樣品瓶，其余樣品也分別裝入50 mL聚丙烯（PP）樣品瓶中冷凍密封保存用于粉塵、混合樣的測(cè)定；外層削下部分樣品以約0.4 m間隔裝入潔凈的自封袋中，共取得132個(gè)樣品，用作β活化度、137Cs的測(cè)試。

冰芯穩(wěn)定氧同位素樣品在青藏高原研究所環(huán)境變化與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，在測(cè)定前將冰芯待測(cè)樣品從-20℃冰箱中取出，在室溫（約20℃）條件下完全自然融化、過(guò)濾后，注入1.5 mL測(cè)樣瓶中待測(cè)。使用儀器為美國(guó)波長(zhǎng)掃描-光腔衰蕩光譜儀（Wave Scan-Cavity Ring Down Spectrometer）Picarro L2140-i，其測(cè)樣精度分別為δ18O≤0.05‰，δD≤0.04‰，δ17O≤0.1‰。在樣品測(cè)試結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，對(duì)于超過(guò)精度要求的樣品繼續(xù)保持低溫冷凍狀態(tài)保存等待再次測(cè)樣，以提高其測(cè)試精度。而且測(cè)樣結(jié)束后按照10%主動(dòng)重測(cè)原則，即隨機(jī)抽取約300個(gè)樣品重新測(cè)試，前后兩次測(cè)樣的誤差保持在0.005以內(nèi)，幾乎可以忽略不計(jì)。由此可見(jiàn)，穩(wěn)定氧同位素測(cè)試的精度較高。本文所涉及的穩(wěn)定氧同位素?cái)?shù)據(jù)主要是0～17.87 m共850個(gè)樣品，平均每個(gè)樣品深度范圍是2.08 cm，所得到的δ18O、δD、δ17O三組數(shù)據(jù)隨深度的變化非常一致，用于分析的數(shù)據(jù)主要是冰芯δ18O記錄，其余兩組數(shù)據(jù)作為δ18O記錄的定年參考。

β活化度樣品在中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試，使用儀器為Mini 20 Alpha-Beta Multidetector，將樣品置于燒杯中于室溫條件下完全融化，用陽(yáng)離子/陰離子吸附膜過(guò)濾3～5遍，使得幾乎全部的不溶微粒和大多數(shù)的離子能夠吸附在濾膜上以保證不溶顆粒和離子成分可以完全吸附于濾膜上，將濾膜取出置于室溫下晾干，然后放置在儀器上測(cè)量。測(cè)量結(jié)果為探測(cè)器每分鐘所探測(cè)到的β粒子數(shù)cpm（counter per minute），需要結(jié)合儀器的β活化度典型本底計(jì)數(shù)率以及工作效率進(jìn)行校正，當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差（r＜0.001）小到可以忽略不計(jì)時(shí)，認(rèn)為測(cè)量結(jié)果可靠。

137Cs測(cè)試?yán)忙禄罨葴y(cè)試后的樣品，在中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所環(huán)境變化與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試結(jié)果顯示0～17.87 m出現(xiàn)1次峰值位于10.14～10.55 m處。一般情況下冰芯β活化度和137Cs的測(cè)試結(jié)果能夠確認(rèn)1962/63年全球核爆活動(dòng)產(chǎn)生的放射性同位素峰值位置，可以作為冰芯定年的重要參考依據(jù)之一。

3 分析與討論

3.1 冰芯定年

冰芯作為古氣候重建的重要載體，時(shí)間序列的確定是重建氣候環(huán)境記錄關(guān)鍵的一步，也是冰芯氣候環(huán)境研究的基礎(chǔ)［22］。冰芯時(shí)間序列的建立有多種方法，一般進(jìn)行綜合交叉定年，借助參考層位對(duì)定年結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。待實(shí)驗(yàn)室分析工作完成后，借助冰芯鄰近的氣象站氣溫降水記錄，以δ18O季節(jié)變化特征作為年層劃分的指標(biāo)，1963年核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)反映的β活化度、137Cs峰值作為參考層位［23-25］，建立冰芯年代序列。已有研究表明，在青藏高原北部受中緯度西風(fēng)環(huán)流影響地區(qū)，降水δ18O與氣溫變化不僅在多年尺度上呈正相關(guān)關(guān)系，而且與季節(jié)氣溫變化呈良好的線性關(guān)系［26］。在阿汝冰芯鄰近的古里雅冰芯中也發(fā)現(xiàn)δ18O值夏季較高，冬季較低［27］。因此，阿汝冰芯年層的劃分以δ18O低值為界，相鄰的δ18O低值代表1個(gè)年層從冬季到冬季的始末，即相鄰兩個(gè)δ18O低值對(duì)應(yīng)1個(gè)年層。根據(jù)δ18O季節(jié)變化特征重建了阿汝冰芯上部17.87 m對(duì)應(yīng)的1917—2016年時(shí)間序列（圖2）。從圖2可以看出冰芯上部17.87 m樣品的β活化度測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)了5次較明顯的峰值，分別位于2.52～3.07 m、5.96～6.51 m、8.73～9.20 m、10.14～10.55 m和15.62～16.07 m范圍內(nèi)；137Cs測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)1次明顯的峰值位于10.14～10.55 m范圍內(nèi)。

圖3 是位于137Cs峰值范圍內(nèi)的δ18O季節(jié)變化，可以得知δ18O季節(jié)變化特征確定的1963年（10.49 m）位于β活化度和137Cs測(cè)試的共同峰值10.14～10.55 m范圍內(nèi)，說(shuō)明1963年人工核試驗(yàn)造成的自然界大氣中β活化度和137Cs記錄在冰芯中很好地保存下來(lái)，因此可借助這一參考層位對(duì)定年結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

為保證冰芯δ18O季節(jié)變化特征重建的年代序列準(zhǔn)確性，本文選用冰川流動(dòng)模型計(jì)算冰芯上部17.87 m的年代序列。Nye［28］曾提出一個(gè)流動(dòng)模型，假定冰層變薄速率一致，且不考慮冰川底部融化。這一模型對(duì)冰川上部的年齡模擬較為準(zhǔn)確［29］，其數(shù)

圖2 阿汝冰芯定年結(jié)果Fig.2 Dating result of the Aru ice core

圖3 137Cs峰值范圍內(nèi)的δ18O季節(jié)變化Fig.3 The seasonal variation ofδ18O within the peaks of 137Cs

學(xué)表達(dá)式：

式中：λ為距冰床高度z處的年層厚度；λ0為位于冰川表面時(shí)的原始年層厚度；H0為冰川厚度?；贜ye模式的假設(shè)條件，冰床以上z處冰層的年齡（t）由下式確定：

式中：H為冰川冰當(dāng)量厚度。在穩(wěn)定狀態(tài)下，冰川表面向下的速度（-w）與年凈積累量（c）相同；而且該動(dòng)力模型假定冰川底部?jī)鼋Y(jié)在基巖上，即當(dāng)z=0時(shí)，w=0，因此有：

將式（3）代入式（2），即可得到冰芯定年關(guān)系式：

基于Nye模式建立的定年關(guān)系式模擬阿汝冰芯上部17.87 m的年代序列時(shí)，年凈積累量c的取值考慮到冰芯最上部年層厚度受冰川流變的影響程度很小，因此利用冰芯記錄的21世紀(jì)以來(lái)年平均凈積累量（約0.21 m冰當(dāng)量厚度）代表其年凈積累量。因?yàn)榘⑷瓯臼且恢傅妆荆疚牟豢紤]未鉆到冰床的情況。

圖4 是冰芯δ18O記錄與Nye模式分別建立的阿汝冰芯上部17.87 m對(duì)應(yīng)的深度-年份關(guān)系對(duì)比，δ18O記錄重建的17.87 m對(duì)應(yīng)的年份是1917—2016年，Nye模式重建的年份約是1916年3月—2016年8月，兩種方法重建的17.87 m對(duì)應(yīng)年份差距僅為1 a。說(shuō)明冰芯δ18O季節(jié)變化特征重建的上部17.87 m時(shí)間序列是可靠的。

圖4 冰芯δ18O記錄與Nye模式建立的深度-年份結(jié)果對(duì)比Fig.4 Depth-year curves byδ18O data and Nye model（solid line isδ18O data，dash line is Nye model）

基于以上定年方法的驗(yàn)證，已經(jīng)確定了阿汝冰芯上部17.87 m重建的時(shí)間序列。值得注意的是，阿汝冰芯β活化度記錄共出現(xiàn)了5次高低不一的峰值，這在青藏高原其他冰芯記錄中是比較少見(jiàn)的。β活化度不僅記錄了1986年切爾諾貝利核事故出現(xiàn)在冰芯5.96～6.51 m深度范圍內(nèi)，而且有兩次β活化度值高于1963年的峰值，第一次峰值出現(xiàn)在冰芯2.52～3.07 m，對(duì)應(yīng)的年代范圍是2003—2006年，根據(jù)“史上十大核事故”記載，這次峰值可能與3年間發(fā)生的兩次核泄漏事件有關(guān)，分別是2004年發(fā)生在日本美濱核電站的蒸汽爆發(fā)事件［30］，2005年英國(guó)塞拉菲爾德發(fā)生的裝置內(nèi)大量放射性物質(zhì)釋放［31］。第二次峰值發(fā)生在8.73～9.20 m，對(duì)應(yīng)的年代范圍是1968—1971年，根據(jù)美國(guó)《時(shí)代》雜志評(píng)選出的“十大恐怖核事故”，1968年曾發(fā)生一次人為核事故，美國(guó)一架轟炸機(jī)所攜帶的核武器破裂致使放射性污染物大范圍擴(kuò)散［32］，1970年美國(guó)加卡平地下一萬(wàn)噸級(jí)當(dāng)量核裝置爆炸導(dǎo)致放射性殘骸泄露［33］。由于β活化度樣品包含冰芯深度范圍約0.4 m，包含的年份往往大于1 a，因此不能準(zhǔn)確判斷峰值的具體年份，但也不排除是多次核泄漏事件及其他未知事件共同導(dǎo)致的β活化度峰值。

3.2 阿汝冰芯與氣象站記錄的氣溫變化趨勢(shì)分析

為了驗(yàn)證阿汝冰芯δ18O時(shí)間序列對(duì)局地氣溫變化的代表性，首先將冰芯δ18O逐年變化記錄與鄰近的改則、獅泉河氣象站年平均氣溫以及夏季平均氣溫分別進(jìn)行相關(guān)性比較。在有氣象記錄以來(lái)的1973—2016年，冰芯δ18O逐年變化記錄與改則、獅泉河氣象站年平均氣溫記錄的相關(guān)性分別是0.36和0.29；與夏季平均氣溫記錄的相關(guān)性分別是0.51和0.30（置信水平95%）。將冰芯δ18O逐年變化記錄與氣象站記錄分別采用3 a滑動(dòng)平均分析，不僅保留了記錄的基本變化趨勢(shì)，還削弱了短于滑動(dòng)長(zhǎng)度3 a的周期，增強(qiáng)變化趨勢(shì)。通過(guò)3 a滑動(dòng)平均分析發(fā)現(xiàn)，冰芯δ18O逐年變化記錄與氣象站記錄皆呈波狀上升趨勢(shì)，且冰芯δ18O逐年變化記錄與改則氣象站夏季平均氣溫記錄相關(guān)性達(dá)到0.54，與獅泉河氣象站夏季平均氣溫記錄相關(guān)性達(dá)到0.37。由此可見(jiàn)，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄不僅對(duì)局地氣溫變化具有較好的代表性，而且能夠更好的反映夏季平均氣溫變化情況，這也印證了前文提到的青藏高原北部受中緯度西風(fēng)環(huán)流影響地區(qū)，降水δ18O與季節(jié)氣溫變化呈良好的線性關(guān)系。

得知阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄對(duì)反映氣溫變化趨勢(shì)具有較好的代表性，因此，采用M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)［34］計(jì)算有氣象記錄以來(lái)的1973—2016年間，冰芯δ18O逐年變化與改則、獅泉河氣象站夏季平均氣溫記錄的統(tǒng)計(jì)量，冰芯δ18O逐年變化記錄的統(tǒng)計(jì)量Z為2.88，改則、獅泉河氣象站夏季平均氣溫記錄的統(tǒng)計(jì)量Z分別為5.47和5.42。根據(jù)M-K趨勢(shì)分析，在α顯著性水平上，時(shí)間序列具有顯著的增加趨勢(shì)或者減少趨勢(shì)，對(duì)于統(tǒng)計(jì)量Z來(lái)說(shuō)，若Z＞0，則表示呈上升趨勢(shì)；若Z＜0，則表示呈下降趨勢(shì)。由此可知，冰芯δ18O逐年變化與改則、獅泉河氣象站記錄的氣溫在過(guò)去44年呈上升趨勢(shì)，且由于Z值的絕對(duì)值大于顯著水平0.01的正態(tài)分布臨界值2.56，說(shuō)明1973年以來(lái)阿汝冰芯記錄的氣溫呈顯著上升趨勢(shì)。

為了便于比較，在運(yùn)用M-K檢驗(yàn)分析氣溫變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，采用線性回歸法分析阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄與鄰近的改則、獅泉河氣象站夏季平均氣溫變化（圖5）。由線性擬合方程可知，改則［圖5（a）］、獅泉河［圖5（b）］氣象站記錄的夏季平均氣溫增溫率分別是0.46℃·（10a）-1、0.51℃·（10a）-1，冰芯δ18O逐年變化［圖5（c）］記錄的上升率約為0.67‰·（10a）-1。根據(jù)前人研究表明青藏高原北部高海拔地區(qū)降水中δ18O變化約0.67‰，相當(dāng)于溫度變化1℃［35-39］，說(shuō)明阿汝冰芯δ18O記錄的上升率0.67‰·（10a）-1，代表增溫率約1℃·（10a）-1。而且根據(jù)增溫率可知，改則、獅泉河氣象站夏季平均氣溫變化在有氣象記錄以來(lái)的44年間，累計(jì)增溫幅度達(dá)到2.02℃和2.24℃，冰芯δ18O逐年變化記錄的累計(jì)增溫幅度達(dá)到4.4℃，大約是氣象站累計(jì)增溫幅度的2倍。

圖5 改則（a）、獅泉河（b）與阿汝冰芯δ18O記錄（c）夏季平均氣溫變化Fig.5 The summer mean temperature at Gaize（a）and Shiquanhe（b）with annualδ18O values in Aru ice core（c）

進(jìn)一步將M-K檢驗(yàn)法用于檢驗(yàn)時(shí)間序列的突變情況，對(duì)冰芯δ18O與改則、獅泉河兩氣象站1973—2016年夏季均溫變化進(jìn)行突變分析（圖6），圖6中UF和UB為2條序列曲線，若UF＞0，則表示該序列具有上升趨勢(shì)；反之，若UF＜0，則表示該序列具有下降趨勢(shì)。當(dāng)UF的值超出臨界線（上限、下限）時(shí)，表示該序列具有顯著的上升或者下降趨勢(shì)，超出臨界線的那一部分就是出現(xiàn)突變的時(shí)間范疇。若UF和UB這2條序列曲線存在交點(diǎn)，并且該交點(diǎn)位于臨界直線之中，則該交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是突變開(kāi)始的時(shí)間［34］。

由圖6（a）可以看出，改則氣象站記錄的1973—1976年UF曲線大于0，表明氣溫呈上升趨勢(shì)；1976—1986年UF曲線小于0，表明氣溫呈下降趨勢(shì)；1986年開(kāi)始UF曲線大于0，且在1994年超過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平0.01臨界線（μ=2.56），說(shuō)明1986年開(kāi)始呈升溫趨勢(shì)，1994年后升溫趨勢(shì)顯著，相對(duì)變暖的氣候現(xiàn)象明顯。進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)UF和UB曲線在顯著性水平α=0.01時(shí)的臨界線之間存在一個(gè)交點(diǎn)，具體時(shí)間在1994年，說(shuō)明改則氣象站記錄的氣溫增暖是一突變現(xiàn)象，具體是從1994年開(kāi)始的，突變年份前后夏季平均氣溫距平分別是-0.49℃和0.53℃，氣溫上升1.02℃?？傮w而言，改則氣象站記錄的氣候變化自1973—2016年是一個(gè)由高—低—高的變化趨勢(shì)。

由圖6（b）得知，獅泉河氣象站記錄的1973—1984年UF曲線小于0，表明氣溫呈下降趨勢(shì)；自1984年開(kāi)始UF曲線大于0，且在1995年超過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平0.01臨界線（μ=2.56），說(shuō)明1984年開(kāi)始呈升溫趨勢(shì)，1995年后升溫趨勢(shì)顯著。進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)UF和UB曲線在顯著性水平α=0.01時(shí)的臨界線之間存在一個(gè)交點(diǎn)，具體時(shí)間在1993年，說(shuō)明獅泉河氣象站記錄的氣溫增暖是一突變現(xiàn)象，具體是從1993年開(kāi)始的，突變年份前后夏季平均氣溫距平分別是-0.61℃和0.7℃，氣溫上升1.31℃?？傮w而言，獅泉河氣象站記錄的氣候變化自1973—2016年是一個(gè)由低—高的變化趨勢(shì)。

由圖6（c）可以看出，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的1973—1976年UF曲線大于0，表明氣溫呈上升趨勢(shì)；1976—1981年UF曲線小于0，表明氣溫呈下降趨勢(shì)；1981年開(kāi)始UF曲線大于0，且在1988年超過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平0.05臨界線（μ=1.96），說(shuō)明1981年開(kāi)始呈升溫趨勢(shì)，1988年后升溫趨勢(shì)顯著。進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)UF和UB曲線在顯著性水平α=0.05時(shí)的臨界線之間存在一個(gè)交點(diǎn)，具體時(shí)間在1981年，說(shuō)明阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的氣溫增暖是一突變現(xiàn)象，具體是從1981年開(kāi)始的，突變年份前后冰芯δ18O逐年變化距平分別是-0.57‰和2.67‰，上升了1.32‰，相當(dāng)于氣溫上升了約1.97℃。總體而言，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的氣候變化自1973—2016年是一個(gè)由高—低—高的變化趨勢(shì)。

綜上所述，通過(guò)線性回歸法以及M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)得出，在1973—2016年間，阿汝冰芯δ18O逐年變化與改則、獅泉河氣象站夏季均溫記錄的氣溫變化總體呈顯著上升趨勢(shì)?；诖粟厔?shì)，通過(guò)M-K突變檢驗(yàn)得出，20世紀(jì)80年代是氣溫變化由高—低—高的一個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期，這在阿汝冰芯及兩氣象站中皆有所記錄，雖然氣象站的增溫幅度均低于阿汝冰芯記錄的增溫幅度，但仍然可以看出在過(guò)去44年里，20世紀(jì)80年代開(kāi)始的升溫趨勢(shì)顯著。

3.3 阿汝與古里雅冰芯δ18O記錄的氣溫變化趨勢(shì)分析

圖6 改則（a）、獅泉河（b）與阿汝冰芯（c）1973—2016年夏季平均氣溫記錄的M-K統(tǒng)計(jì)量曲線Fig.6 The M-K statistic curves of Gaize（a）and Shiquanhe（b）with summer mean temperature by Aru ice core（c）during 1973—2016

對(duì)比阿汝冰芯與鄰近的古里雅冰芯δ18O逐年變化共同記錄的1917—1991年氣溫變化（圖7）發(fā)現(xiàn)，阿汝冰芯δ18O［圖7（a）］最高值-6.36‰與最低值-14.45‰相差8.09‰，古里雅冰芯δ18O［圖7（b）］最高值-9.47‰與最低值-19.57‰相差10.10‰，說(shuō)明古里雅冰芯記錄波動(dòng)幅度較大；阿汝冰芯δ18O記錄的平均值為-9.75‰，古里雅冰芯記錄的δ18O平均值為-13.51‰，古里雅冰芯δ18O均值比阿汝冰芯低3.76‰，但兩支冰芯鉆取地直線距離約145 km，相對(duì)高程差僅50 m，冰芯δ18O平均值之差反映的氣溫差與高程依賴性不一致，這說(shuō)明古里雅冰芯記錄的δ18O偏低可能與古里雅冰芯鉆取自亞洲中部最大最高最冷的冰帽自然環(huán)境有關(guān)［40］。

通過(guò)計(jì)算兩支冰芯1917—1991年δ18O逐年變化記錄的M-K統(tǒng)計(jì)量得知，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的統(tǒng)計(jì)量Z為2.53，古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的統(tǒng)計(jì)量Z為3.43。由此可知，阿汝與古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的氣溫在過(guò)去75年呈上升趨勢(shì)，且由于Z值的絕對(duì)值大于顯著水平0.05的正態(tài)分布臨界值1.96，說(shuō)明1917年以來(lái)兩支冰芯記錄的氣溫總體呈顯著上升趨勢(shì)。

同樣地，在運(yùn)用M-K檢驗(yàn)法分析氣溫變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，采用線性回歸法對(duì)阿汝與古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄進(jìn)行分析（圖7）。由線性擬合方程可知，阿汝冰芯δ18O記錄的上升率約0.17‰·（10a）-1，根據(jù)中高緯地區(qū)降水同位素與溫度的比值約0.67‰·℃-1可 知［41-42］，增 溫 率 約 為0.25℃·（10a）-1，75年間累計(jì)增溫幅度達(dá)到1.9℃；古里雅冰芯δ18O記錄的上升率約0.37‰·（10a）-1，增溫率約為0.55℃·（10a）-1，累計(jì)增溫幅度達(dá)到4.09℃。這說(shuō)明古里雅冰芯記錄的75年間增溫幅度大于阿汝冰芯記錄，這與前文提到的古里雅冰芯記錄波動(dòng)幅度較大也正好對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步將M-K檢驗(yàn)法用于檢驗(yàn)時(shí)間序列的突變情況［34］，對(duì)阿汝與古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的1917—1991年氣溫變化進(jìn)行突變分析（圖8）。由圖8（a）可以看出，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的1917—1938年氣溫波動(dòng)有所下降。1938年開(kāi)始，氣溫變化呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，并在1956—1959年、1963—1976年、1989—1991年超過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平0.05臨界線（μ=1.96），說(shuō)明升溫趨勢(shì)顯著，相對(duì)變暖的氣候現(xiàn)象明顯。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，UF和UB曲線在顯著性水平α=0.05時(shí)的臨界線之間存在一個(gè)交點(diǎn)，具體時(shí)間在1949年，說(shuō)明阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的1917—1991年氣溫變化在1949出現(xiàn)由低—高的突變，突變年份前后冰芯δ18O逐年變化距平分別是-0.31‰和0.43‰，上升了0.74‰，相當(dāng)于氣溫上升了約1.1℃?？傮w而言，阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的氣候變化自1917—1991年是一個(gè)由低—高的變化趨勢(shì)。

圖7 阿汝冰芯（a）與古里雅冰芯（b）δ18O記錄對(duì)比Fig.7 Comparisons of theδ18O value in Aru and Gliya ice cores（the black dash line is average value and red dash line is the linear trend）

圖8 阿汝冰芯（a）與古里雅冰芯（b）1917—1991年δ18O記錄的M-K統(tǒng)計(jì)量曲線Fig.8 The M-K statistic curves ofδ18O value in Aru（a）and Guliya（b）ice cores from 1917 to 1991

由圖8（b）可以看出，古里雅冰芯δ18O記錄的1917—1920年呈波動(dòng)升溫趨勢(shì)，1920—1934年呈下降趨勢(shì)。1934年開(kāi)始，氣溫變化呈上升趨勢(shì)，并在1956年超過(guò)顯著性水平0.05的臨界線（μ=1.96），說(shuō)明升溫趨勢(shì)顯著，相對(duì)變暖的氣候現(xiàn)象明顯。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，UF和UB曲線在顯著性水平α=0.05時(shí)的臨界線之間存在一個(gè)交點(diǎn)，具體時(shí)間在1937年，說(shuō)明古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的1917—1991年氣溫變化在1937出現(xiàn)由低—高的突變，突變年份前后冰芯δ18O逐年變化距平分別是-0.48‰和1.33‰，上升了1.81‰，相當(dāng)于氣溫上升約2.7℃?？傮w而言，古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的氣候變化自1917—1991年是一個(gè)由高—低—高的變化趨勢(shì)。

綜上所述，通過(guò)線性回歸法以及M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)得出，在1917—1991年間，阿汝與古里雅冰芯δ18O逐年變化記錄的氣溫變化總體呈顯著上升趨勢(shì)。基于此趨勢(shì)，通過(guò)M-K突變檢驗(yàn)得出，75年間氣溫變化是一個(gè)由低—高的趨勢(shì)，也就是自20世紀(jì)30年代開(kāi)始?xì)鉁厣仙?0年代后期升溫趨勢(shì)顯著，持續(xù)波動(dòng)升溫至20世紀(jì)90年代。但是阿汝冰芯記錄的增溫幅度小于古里雅冰芯記錄，這不僅不能否認(rèn)升溫趨勢(shì)顯著，反而印證了前文兩次提到的古里雅冰芯記錄較阿汝冰芯波動(dòng)幅度大。

4 結(jié)論

本文選取青藏高原西部阿汝冰崩區(qū)的阿汝冰芯上部17.87 m樣品，分析冰芯δ18O記錄的1917—2016年氣溫變化，得出以下結(jié)論：

（1）首先，以冰芯δ18O季節(jié)變化特征作為年層劃分指標(biāo)，以β活化度、137Cs峰值作為參考層位，借助冰芯污化層等物理特征，確定冰芯上部17.87 m重建的時(shí)間序列是1917—2016年，結(jié)合Nye模型計(jì)算的時(shí)間序列對(duì)比發(fā)現(xiàn)定年誤差僅為1 a。

（2）然后，通過(guò)阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄與鄰近的改則、獅泉河氣象站夏季平均氣溫記錄對(duì)比以及M-K檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1973—2016年間冰芯δ18O與氣象站不僅記錄了氣溫變化由高—低—高的總體上升趨勢(shì)，而且記錄了20世紀(jì)80年代中期是氣溫變暖的突變。

（3）最后，通過(guò)阿汝冰芯與鄰近的古里雅冰芯1917—1991年δ18O記錄對(duì)比以及M-K檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩支冰芯δ18O逐年變化記錄了75年間局地區(qū)域氣溫由低—高不斷升高的趨勢(shì)，而且自20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始升溫趨勢(shì)顯著，氣候環(huán)境不斷變暖。

綜上所述，本文通過(guò)鉆取自青藏高原西部阿汝冰崩區(qū)的阿汝冰芯，重建了冰崩區(qū)過(guò)去百年高分辨率氣溫變化記錄。結(jié)合阿汝冰芯與鄰近氣象站以及古里雅冰芯記錄分析，發(fā)現(xiàn)阿汝冰芯δ18O逐年變化記錄的氣溫是一個(gè)由低—高—低—高的總體上升趨勢(shì)，表現(xiàn)為1917—1938年、1976—1981年處于相對(duì)低溫時(shí)期；1938—1976年、1981—2016年處于相對(duì)高溫時(shí)期，且過(guò)去100 a低溫持續(xù)時(shí)間短、降溫幅度逐漸降低，高溫時(shí)期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、升溫幅度逐漸升高。尤其是20世紀(jì)80年代以來(lái)增溫幅度大，氣候變暖現(xiàn)象顯著。研究?jī)?nèi)容不僅對(duì)分析阿汝冰崩的發(fā)生提供了可靠的氣候背景參考，而且結(jié)合鄰近的氣象站記錄以及古里雅冰芯恢復(fù)了青藏高原西部局地區(qū)域近100 a氣候變化的總趨勢(shì)，對(duì)完善青藏高原地區(qū)冰芯高分辨率氣候變化趨勢(shì)研究有著基礎(chǔ)性作用。